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引言
用于光電子的半導(dǎo)體激光器等半導(dǎo)體光器件，多利用注入的少數(shù)載流子，而且其濃度在2×1018cm―3以上，處于相當高的水平。 在使用GaAs和InP等化合物的光學器件中，作為可靠性較高的加工法，濕法化學蝕刻依然被用于實際應(yīng)用。對基于化學蝕刻的半導(dǎo)體光器件的微細加工，特別是激光諧振器的形成進行總結(jié)，并介紹幾個具體例子。
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實驗
首先，在表1中總結(jié)了光·電子設(shè)備所需的微細結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用領(lǐng)域。
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表1
首先，在基板上或生長了2重異質(zhì)結(jié)構(gòu)的晶圓上形成的脊和臺面，用于嵌入異質(zhì)(BH)激光器等，在FET的柵極制作中，寬度較窄的脊也很重要。 第二個，通道、溝槽、平臺，還是應(yīng)用在折射率波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器上。 如果具有這些形狀，在基板上進行晶體生長，核心層的厚度自然變?yōu)椴痪?，形成波導(dǎo)。 最初的形狀為脊或臺面，用于嵌入式異質(zhì)(BH)激光、光波導(dǎo)、FET等的通道形成等。
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表2
在表2 中對臺面蝕刻的例子進行總結(jié)的1～6，①和③中，如果在GaAs和InP的基板上形成的臺面上生長2重異質(zhì)結(jié)構(gòu)，就會通過一次生長形成嵌入結(jié)構(gòu)。 另外，在②和④中，在形成GaAs/GaAIAs和InP/GaInAsP的2重異質(zhì)結(jié)構(gòu)后，通過臺面蝕刻向活性層下挖掘，然后從兩側(cè)生長嵌入層。 總之，臺面高度和寬度的控制是一個重要因素。
表3中有通道、溝或露臺形成的蝕刻方法， 用表中?所示的蝕刻液形成V槽、角型槽、臺階（平臺）等后，通過液相法進行晶體生長，由于通道和平臺部分附近的溶液中As和P的飽和度變大，因此可以自動形成比周圍更厚的層。 特別是在InP的情況下，蝕刻槽的形狀具有晶軸方向依賴性，軸被特定。
單片激光諧振器是半導(dǎo)體光集成電路中的重要課題之一。 通過蝕刻，使出垂直的刻面，成為法布里-珀羅諧振器的技術(shù)在GaAIAs/GaAs中取得了相當大的進展13）。
使用在垂直面容易出現(xiàn)但波導(dǎo)形成困難的<011>方向上具有波導(dǎo)的晶圓，進行了蝕刻激光的制作17）。 隨后發(fā)現(xiàn)了不同的蝕刻劑，并嘗試制造蝕刻激光器18-20）。 但是，該蝕刻激光還存在以下問題。1）與蝕刻面的共振方向的垂直度、平滑度不充分，反射率低。 2）端面的激勵不充分導(dǎo)致電流泄漏。 3）難以獲得短諧振器化帶來的”軸模式振蕩。4）InP系統(tǒng)中，對于具有進行橫模式控制的波導(dǎo)和電流狹窄等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的晶圓（在通常的<011>方向上具有條狀結(jié)構(gòu)的晶圓），難以獲得垂直度。為了充分發(fā)揮蝕刻激光的特征，需要解決這些問題。
因此，以蝕刻激光的低閾值電流化、單一模式化為目標，蝕刻面形狀的改善、鈍化技術(shù)的改善、短諧振器激光器的實現(xiàn)嘗試了。圖1顯示的是蝕刻激光器的結(jié)構(gòu)。
圖2顯示的是制作工序。 首先，在激光晶片表面濺射附著SiO2，使用光刻法和CF4等離子蝕刻，向<011>方向打開條紋窗口，形成蝕刻掩模。 然后用H2O+3H2SO4+H202溶液封蓋去除層，去除SiO2掩模。
然后，再次形成SiO2蝕刻掩模以覆蓋剩余的蓋層，并且使用KKI-121作為蝕刻劑，通過多級蝕刻方法21）形成激光諧振器表面。 然后，去除Sio和蝕刻掩模，并對蝕刻表面進行鈍化。 為了強化這種鈍化，以蝕刻端面方向為基準，對基板進行SiO2濺射45。 嘗試了根據(jù)方向進行2次的方法。 通過該鈍化法，元件表面和蝕刻面的邊界處經(jīng)常產(chǎn)生的漏電流消失了。 進行鈍化后，沿<011>方向形成條形窗口電極。
圖3、圖4顯示的是諧振器長80μm的單面蠕變短諧振器型蝕刻激光的光輸出-電流特性及振蕩光譜。 振蕩閾值電流110mA，可以得到閾值電流的2.2倍的單0軸模式動作。 另外，還獲得了雙面蝕刻激光器的振蕩。 其光輸出-電流特性如Fig.5所示。作為具有能夠通過蝕刻形成單片諧振器的激光器，有使用衍射光柵的分布反饋型(DFB)和分布反射型(DBR)激光器。 該衍射光柵使用周期為2000～2500A左右的1級衍射光柵和周期為4000～5000A左右的2級衍射光柵。
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討論和結(jié)果
在表中總結(jié)了各自的特征：方法具有如下優(yōu)點:由于將衍射光柵形成在基板上，因此可以通過D1次的晶體生長制作DFB晶圓；ii）由于衍射光柵形成在InP上，因此熔回較少。因此，研究很早就開始了。
制作順序首先，利用液相生長法，形成由n型InP層、GaInAsP活性層（λ9臨1.62μm）、p型GaInAsP防熔層（λg=1.4μm）、p型InP層構(gòu)成的四層結(jié)構(gòu)晶圓，利用通常的解理激光，測量振蕩閾值電流密度和振蕩波長。 另外，測量有源層和防熔體層的厚度，根據(jù)振蕩波長（成分）和層厚度求出衍射光柵的周期，為了使振蕩得到的波長在比布拉格波長更長的波長側(cè)，將其設(shè)定為短10～20A左右。 之后，通過HCl 10H、O的選擇性蝕刻去除P型InP包覆層，在GaInAsP防熔層上，按照預(yù)先確定的周期，通過干涉曝光法形成一次衍射光柵的圖案，通過使用HBr+HNO3+H20溶液的蝕刻形成一次衍射光柵。 制作的衍射光柵的周期為2440A，深度約為800A。 然后，用0、等離子灰化抗蝕劑，并用有機溶劑充分洗滌。 然后，通過第二次液相生長，生長p型InP包覆層，嵌入衍射光柵，形成電極。
利用普通的解理激光對該晶圓的振蕩閾值電流密度進行了調(diào)查，盡管經(jīng)過了衍射光柵形成和第二次液相生長等工藝，但其值幾乎沒有變化。 將該晶圓加工成電極條型，調(diào)查了其特性。 室溫脈沖電流驅(qū)動的光輸出―電流特性，電極寬度為18μm，元件長為510μm，閾值電流為680mA，外部微分量子效率單面為2.2%。 以閾值電流的1.2倍左右測量振蕩波長的溫度依賴性，在―69～0℃范圍內(nèi)得到單軸模式動作，波長隨溫度變化的變化。
液相生長時的熔融金屬的反熔蝕刻也是0種濕法蝕刻，對半導(dǎo)體激光器的嵌入結(jié)構(gòu)的形成有幫助39）。 此外，在GaAIAs系統(tǒng)中，選擇性回熔蝕刻也是可能的40）。
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